Schiffswäscher sind mit Spezialedelstählen auf dem Vormarsch

Jul 03, 2023

in International Shipping News04.11.2020

Im Jahr 2020 führte die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO) neue Standards ein, um Schwefelemissionen zu reduzieren, die sauren Regen und Luftverschmutzung verursachen. Ihre Hauptwirkung besteht darin, dass der Schwefelgehalt im von Handelsschiffen verwendeten Heizöl weltweit auf 0,5 % und in ausgewiesenen Emissionskontrollgebieten (ECAs) – dem Ostseeraum, dem Nordseeraum, den Vereinigten Staaten, Kanada, und das Karibische Meeresgebiet der Vereinigten Staaten.

Derzeit haben Schiffsbetreiber zwei Hauptoptionen. Sie können auf sehr schwefelarmes Heizöl (VLSFO) umsteigen, das weniger als den Grenzwert von 0,5 % Schwefel enthält, aber teurer ist. Oder sie installieren einen Gaswäscher, der die Abgase des Schiffes wäscht, sodass es weiterhin mit schwefelreichem Treibstoff (HFO) betrieben werden kann.

Scrubber-Designs Im Allgemeinen werden in der Schifffahrtsindustrie Nasswäscher eingesetzt (siehe Abbildung 1). Diese Abgasreinigungssysteme (EGC) waschen den Abgasstrom, indem sie ihn mit Wasser in Kontakt bringen, um Schwefeldioxid (SO2) zu entfernen, ein giftiges Gas, das direkt schädlich für die menschliche Gesundheit ist.

Es gibt drei Hauptdesign-Arrangements für Marine-EGCs: • Offener Kreislauf: Dabei wird Meerwasser zur Reinigung des Abgases verwendet, um SO2 zu entfernen. Das Waschwasser wird aufbereitet und wieder ins Meer eingeleitet.• Geschlossener Kreislauf: Süßwasser wird in einem geschlossenen Kreislauf verwendet, der mit einer alkalischen Chemikalie wie Natronlauge behandelt wird.• Hybrid: Dies kann entweder im offenen oder geschlossenen Kreislauf verwendet werden. Schleifenmodus entsprechend den betrieblichen Anforderungen.

Abbildung 1 – Open-Loop-EGC-System (Quelle: Exhaust Gas Cleaning Association).

Die Materialauswahl ist entscheidend für die Zuverlässigkeit Die Bedingungen in einem Wäscher sind sehr rau, mit einer Kombination aus Säuren, erhöhten Temperaturen und einem hohen Chloridgehalt im Waschwasser. Um die gewünschte Lebensdauer von 20 Jahren zu gewährleisten, sind hochlegierte Edelstähle und Nickelbasislegierungen erforderlich. Die Auswahl eines Materials mit unzureichender Korrosionsbeständigkeit kann verheerende Folgen haben. Doch die sicherste Wahl ist selten die wirtschaftlichste.

Korrosionsarten und BetriebsbedingungenBei Schiffswäschern gibt es drei Hauptarten von Korrosionsrisiken:

Lochfraß • Verursacht durch eine kritische Kombination von Chloriden, hohen Temperaturen und niedrigem pH-Wert. • Edelstahl wird durch einen natürlichen, sich selbst bildenden passiven Oxidfilm auf seiner Oberfläche vor Korrosion geschützt. Kommt es zu einem lokalen Abbau dieses Schutzfilms, kommt es zur Bildung von Grübchen

Spaltkorrosion• Verursacht durch die kritische Kombination von Chloriden, hohen Temperaturen und niedrigem pH-Wert sowie dem Vorhandensein von Spalten

Gleichmäßige Korrosion• Tritt typischerweise unter sehr sauren Bedingungen auf. • Gleichmäßige Korrosionsrate über die gesamte Oberfläche

Am Einlass, wo das ungereinigte Gas auf das Waschwasser trifft, herrscht eine Mischung aus nassen und trockenen Bedingungen mit kondensierenden Säuren aus Gas und chloridreichem Waschwasser sowie erhöhten Temperaturen. Diese Bedingungen sind sehr aggressiv und es besteht die Gefahr einer gleichmäßigen Korrosion und Lochfraß.

Im Wäscherkörper befindet sich ein leicht saures Waschwasser mit einer niedrigeren Temperatur als am Einlass. Die Hauptgefahr besteht hierbei in der Lochfraßkorrosion. Ähnliche Bedingungen gelten für andere Teile des Wäschersystems, wie Verpackungsmaterial, Entnebler, Schläuche und Sprühdüsen

Spaltkorrosion kann in Bereichen auftreten, in denen zwei Oberflächen in engem Kontakt stehen, z. B. an Flanschen, Verpackungsmaterial und unter Ablagerungen.

Der Einfluss des Wäschertyps auf die Materialauswahl Beim Open-Loop-Design erfordert das Vorhandensein von Chloriden typischerweise die Verwendung hochlegierter Materialien. Bei der Konstruktion mit geschlossenem Kreislauf, bei der das Wasser umgewälzt und mit ätzenden Chemikalien behandelt wird, hängt die Korrosivität von der Qualität des Waschwassers ab. Typischerweise sind die Bedingungen weniger aggressiv als beim Open-Loop-Design.

Da das Hybriddesign zwischen offenem und geschlossenem Kreislaufbetrieb wechselt, müssen die Materialien entsprechend den aggressivsten Betriebsbedingungen ausgewählt werden. Daher werden die gleichen Materialien wie in einem Wäscher mit offenem Kreislauf verwendet.

Betriebserfahrung und Feldtests sind von entscheidender Bedeutung Outokumpu liefert seit 2006 Edelstahl für Schiffs-EGCs. Das Unternehmen führt umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten durch, darunter Labortests und Langzeit-Feldtests in Zusammenarbeit mit Erstausrüstern von Schiffswäschern und deren Kunden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Materialauswahl immer individuell erfolgen muss.

Für den Wäscherkörper ist Ultra 254 SMO eine der am häufigsten verwendeten Sorten. Hierbei handelt es sich um einen mit 6 % Molybdän und Stickstoff legierten austenitischen Edelstahl mit extrem hoher Beständigkeit gegen gleichmäßige und lokale Korrosion. Es wurde ursprünglich für Öl- und Gas-Offshore-Plattformen sowie die Zellstoff- und Papierindustrie entwickelt.

In einigen Fällen ist es jedoch möglich, einen 25Cr-Superduplex-Edelstahl wie Forta SDX 2507 zu verwenden. Dieser bietet eine ähnliche Korrosionsbeständigkeit wie Ultra 254 SMO und eine verbesserte mechanische Festigkeit. Es hat sich in extrem korrosiven Umgebungen wie Entsalzung, Chemie oder Offshore-Unterseeanwendungen bewährt.

Standardmäßiger 22Cr-Duplex-Edelstahl kann auch erfolgreich in weniger aggressiven Anwendungen wie geschlossenen Kreislaufkonstruktionen und einigen Teilen von Wäschern mit offenem Kreislauf eingesetzt werden. Ein typisches Beispiel ist Forta DX 2205, das beliebteste Duplexprodukt auf dem Markt. Es bietet eine sehr gute Beständigkeit gegen gleichmäßige und lokale Korrosion in Kombination mit einer hohen mechanischen Festigkeit.

Ultra 654 SMO – eine Alternative für Scrubber-Einlässe Als Eintrittsstelle für heißes Abgas ist der Wäschereintritt eine besonders anspruchsvolle Anwendung. Traditionell war Alloy 31 das Material der Wahl. Es handelt sich um eine Eisen-Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung mit Stickstoffzusatz, die entwickelt wurde, um die Lücke zwischen speziell legierten austenitischen Edelstählen und Nickellegierungen zu schließen.

Das Testprogramm hat ergeben, dass Ultra 654 SMO eine praktikable und kostengünstigere Alternative darstellt. Dabei handelt es sich um einen mit 7 % Molybdän und sehr hohem Stickstoffgehalt legierten austenitischen Stahl, der der korrosionsbeständigste Edelstahl der Welt ist.

Ultra 654 SMO hat eine höhere mechanische Festigkeit als Alloy 31. Wenn das Design des Einlasses die Nutzung dieser höheren Festigkeit ermöglicht, könnten Gewichtseinsparungen zwischen 15 und 25 % möglich sein. Darüber hinaus ist Ultra 654 SMO durch den geringeren Nickelgehalt kostengünstiger und preisstabiler.

Praxisbeispiele Outokumpu liefert derzeit Edelstahlmaterial für den Bau von etwa 60 % der jedes Jahr installierten Schiffswäscher. Zwei typische Beispiele sind:

Ecospray Technologies Srl Italien (Abbildung 2) benötigte ein äußerst korrosionsbeständiges Material für seine Abgasreinigungswäscher. Ultra 254 SMO erwies sich als die beste Kombination aus Leistung, Preis und Abmessungen.

Abbildung 2 – Wäscher von Ecospray Technologies in Ultra 254 SMO.

ContiOcean Environment Tech Co., Ltd. liefert Open-Loop-Wäscher an Frachtschiffe verschiedener Größenklassen. Forta SDX 2507 sorgt für die nötige Korrosionsbeständigkeit für die rauen Bedingungen im Wäscherkörper (siehe Abbildung 3).

Abbildung 1 – Marinewäscher mit offenem Kreislauf, hergestellt von ContiOcean Environment Tech Co., Ltd. aus Super-Duplex-Edelstahl

Zusammenfassung – wichtige Fakten über Materialien für Schiffswäscher• Die Materialauswahl ist der wichtigste Faktor, um Schiffseigentümern dabei zu helfen, die Zuverlässigkeit ihrer Abgasreinigungssysteme (EGC) über eine Lebensdauer von 20 Jahren sicherzustellen. • Es kann eine breite Palette an rostfreien Stählen verwendet werden. • Bedingungen und Korrosivität variieren je nach Standort und Typ des Wäschers • Die Materialauswahl sollte immer entsprechend den spezifischen Betriebsbedingungen erfolgen. • Duplex-Qualitäten können oft die vorherrschenden austenitischen Werkstoffe ersetzen. • Für die schwierigsten Situationen am Wäschereinlass bietet Ultra 654 SMO eine sehr wettbewerbsfähige Alternative zu Legierung 31

Weitere Informationen: https://www.outokumpu.com/news/2015/outokumpu-ultra-range-products-are-at-home-in-extremely-corrosive-environments

Quelle: Outokumpu